千萬噸綜放工作面支架快速回撤工藝優化

鮑善常

（馬道頭煤業有限責任公司，山西 大同 037100）

大同礦區因得天獨厚的煤層賦存條件，已相繼建成10 多個特厚煤層千萬噸綜放工作面，取得較好的經濟和社會效益。但在生產中發現，千萬噸綜放工作面普遍存在設備回撤效率低的問題。經調研分析，主要原因是傳統采用的兩掩護式支架回撤工藝對機道和三角區頂板控制能力較差，需要人工支設大量木垛和單體柱，工人的勞動強度大，作業風險高，撤架時間長、效率低。統計數據表明，采用兩掩護式支架回撤工藝撤架效率為8～10 架/日，制約著工作面的快速回撤[1]。本文以馬道頭煤業8106工作面為例，進行支架快速回撤工藝優化[2-3]。

1 工程概況

馬道頭8106 工作面可采走向長度為3200 m，傾向長度為220 m，平均傾角為4°，平均煤厚為15.5 m，儲量1028 萬t。工作面為兩巷布置，2106為運輸巷，兼做進風，5106 為輔運巷，兼做回風。工作面采用低位放頂煤采煤法，工作面采高3.9 m，平均放煤高度11.6 m，采放比1:2.97，日產原煤量33 000 t。工作面設備配套詳見表1 和表2。以該工作面回撤為背景，進行支架快速回撤工藝優化，進行三掩護式支架回撤工藝研究[4-5]。

表1 工作面主要機電設備配置參數表

表2 液壓支架技術參數

8106 工作面使用鋼絲繩柔性網停采支護工藝，使用特種車輛進行回撤，主要有FBL-55 支架鏟運車、LWC-50T 支架搬運車、FBL15-多功能運輸車、WC55E 鏟運車，其參數詳見表3。回撤順序為：皮帶部分→設備列車→皮帶自移機尾→轉載機和破碎機→端頭支架→前、后刮板機機頭→采煤機→前部刮板輸送機→過渡支架→后部刮板輸送機→中間支架。其中，經2106 巷回撤的設備有皮帶頭配電點開關、移變、皮帶頭機頭、中間部分、皮帶、2106巷內的管線電纜、設備列車20 輛、托纜車10 輛、皮帶自移尾、轉載機、破碎機、端頭支架，經5106巷回撤的設備有前部刮板輸送機頭及驅動、前溜槽、刮板鏈、采煤機、前部刮板輸送機尾及驅動、后部刮板輸送機機頭及驅動、刮板鏈、后溜槽、后部刮板輸送機機尾及驅動，從頭向尾開始回撤支架。設備運輸路線為：設備出井由8106 工作面→2106 巷/5106 巷→北一盤區輔運巷→一盤區輔運暗斜井→副斜井→調試場。

表3 特種車輛參數

2 三掩護式支架回撤方案設計

2.1 撤架前準備

使用FBL-55 支架鏟運車（以下簡稱55 車）進行回撤支架作業，由2#支架向128#支架方向撤退。使用55 車將工作面兩端128#、127#、2#、3#支架和后部運輸機機頭和機尾撤出，經5106 巷搬運出工作面，在撤出支架位置支設2 m×2 m 的“封口”木垛，使用兩掩護支架和三掩護支架該階段工藝一致。支護參數如圖1、圖2。

圖2 兩掩護支架撤退工藝示意圖（mm）

2.2 擺掩護支架

選4#、5#、6#支架作為掩護支架，使工作面形成三個掩護支架，詳見圖1；使用55 車撤出4#支架到機道內并調向，使支架與煤壁保持1.5 m 的距離，靠煤幫向前移動，作為煤壁側掩護支架；使用55 車撤出5#支架并調向，將該5#支架調整至巷道中間作為中間掩護架；用同樣的方法將6#支架調出后，調整至老塘側，作為老塘側掩護架使用，距古塘側保持1.5 m 間距。使4#支架與5#支架步距為1.5 m，5#支架與6#支架同步并排進行，三個掩護架間距1.2 m。每撤出一個支架后，及時將所有掩護支架前移1.75 m 并重新升緊達到規定初撐力，降架采用本架操作，降前探梁，然后降主頂梁。

圖1 三掩護支架撤退工藝示意圖（mm）

2.3 拉移掩護支架

拉移掩護支架時，首先要拉移靠古塘側6#支架，其次拉移5#掩護支架，最后拉移靠煤壁側4#掩護支架。在拉移6#支架時，利用本架拉移，用Φ26×92 的圓環鏈進行連接，一邊用螺栓固定在6#支架的推移方套上，另一邊固定在被撤支架的后立柱上。在拉移時，首先要將6#支架進行降架，隨后收緊推移方套，使支架進行前移，隨后使用支架回撤車進行調整，調整完畢升緊接頂。使用55 車，將5#、4#支架向前拉移。首先將5#支架降下，伸出推移方套，將支架吊車鉤頭掛入推移方套上，然后向前拉移，調整好位置后將其升緊接頂，用同樣的方法將4#支架向前拉移。

2.4 中間支架回撤

將待撤支架緩慢降架，使用55 車將待撤支架牽拉出來。待支架抽出至最大位置，利用工作面支架的推移千斤頂配合拉后溜鏈調整被撤出的支架的位置，使用55 車完成90°轉向。支架調正后，使用支架車將支架運出工作面升井，進行下一撤架循環。每撤出一支架后，須先向前拉掩護支架。中間液壓支架撤除采用“后退式全斷面掩護支架法”進行，即每撤出一個支架前移一次掩護支架，依次回撤工作面內的其余支架。在回撤最后一個支架及三個掩護支架邁步式撤出，應先將靠古塘側的6#掩護支架撤出，一邊撤出應一邊加強支護。對126#支架回撤時邊轉向邊前移邊加強支護，126#支架撤出以后在原位置支設木垛進行維護。回撤掩護支架時首先將靠近古塘側的5#支架撤出，在原位置支設單體液壓支柱和木垛，最后回撤煤壁4#支架。

2.5 支護頂板

工作面空頂處頂板由一排木垛和一排液壓單體做支護，每撤出一個支架，在支架主頂梁的位置支液壓單體，柱距1.2 m。撤出支架后，在每個支架后掩護梁處支一排小木垛，緊靠古塘側布置，支護規格1.5 m×1.5 m。支兩排大木垛，一排木垛在老塘側，切頂線位置，支護規格1.5 m×1.5 m，木垛中心間距1.75 m。被撤支架撤出后用4.5 m 鋼梁及單體柱進行臨時支護，鋼梁在6#掩護支架前探梁上方進行支設。鋼梁一側靠古塘側外露1000 mm 左右，用單體支柱進行支設，另一端被5#掩護架壓600 mm 左右。該結構形成了一個“門式”構造，單體柱與6#、5#掩護架作為支腿將鋼梁撐起撐住三角區頂板且單體柱擋住了古塘側壓力涌現。在回撤下一架時，用同樣的方式進行支護。當完成支架的抽出、掉向動作后，及時用液壓單體做支護，單體側方的木垛支護完后，及時回撤此處的液壓單體。

3 應用效果

8106 綜放工作面應用三掩護式支架回撤工藝后，較兩掩護式支架回撤工藝更加安全、高效和經濟。采用三掩護支架平行排布、邁步式行走，利用4.5 m 工字鋼梁橫、插穿越掩護支架頂部，對古塘側空頂區支護效果較好，有效控制了古塘側頂板煤體壓力；以工字鋼梁配合液壓單體柱代替了一排木垛支護，減少了因頂板垮塌造成的頂網撕裂事故，避免作業人員長時間進入古塘側危險區域進行木垛支護，有效保障了三角區作業期間人員的操作安全。采用三掩護式支架回撤工藝后，工作面撤架效率顯著提升，達到16 架/日，僅用8 d 完成中間支架回撤，縮短回撤時間7 d，節約木垛123 架。按照木垛單價1 萬元計算，共節約支護材料123 萬元；按照日產3.3 萬t、噸煤100 元利潤計算，增加7 d 有效生產時間可創收2310 萬元；僅此兩項費用加起來可創收2433 萬元，取得了較好的技術經濟效果。